牛栏江出鲁甸县，进入昭阳区，为与巧家县境边缘，长2.77公里。在田坝乡麻耗村注入金沙江。

牛栏江沿河地区构造以近南北和北东向的复式褶皱为主，其特点是宽向斜、窄背斜相间展布，其轴多被轴向。牛栏江地区地震基本烈度为7度。牛栏江流域属滇东北高原区，地形起伏较大。曲靖德泽以上长155公里的上游河段经过嵩明、寻甸，平坝较多。中段德泽至鲁甸县沙坝河河口，全长199公里，落差590米，平均坡降3.0‰，整段河流在峡谷中，两岸分水岭高度近3000米，谷岭相对高差1400～1800米，为高中山峡谷地貌。沙坝河河口以下长69公里，两岸高山夹峙，为高山峡谷地貌，河道天然落差597米，平均坡降8.7‰。

按自然条件，牛栏江可划分为上、中、下游三个河段。

上游段：自德泽大桥至沙坝河口，河道长约155km，大部分河道平缓，两岸多宽阔盆地，沿江有杨林、嵩明、寻甸、德泽等较大平坝分布，农田集中，灌溉渠系较多，枯期流量小而灌溉用水量较大。对水电来说无开发价值。 牛栏江中游段：自德泽大桥至沙坝河口，河道长约199km，落差约590m，平均坡降3‰，是水电开发的主要河段。平缓河段采用堤坝式开发方式可获得较大水库，例如黄梨水库、象鼻岭水库；落差相对集中河段则采用引水式开发方式，淹没损失较少、工程较简单、技术经济指标较好。

下游段：沙坝河口至牛栏江口，河道长约69km，落差约550km，平均坡降8‰，河谷深切，山高坡陡，易布置引水式水电站，但开发条件比中游河段稍差。

在上游区交通方便，有高速公路、县级公路和铁路等。中游区交通条件一般，各水电站工程区基本与公路相通。下游区则交通不便，公路较少且等级较底。

主要支流有果马河、普沙河、弥良河、对龙河、杨林河、匡郎河和马龙河、西泽河、及硝厂河和贵州境内哈喇河、玉龙小河等。

马龙河，属牛栏江上游支流，发源于云南省曲靖市马龙县月望乡核桃大山北部山脊，流经松溪坡水库、西海子、马龙县城、格里等地，从马过河镇河边村进入寻甸县与牛栏江汇合。

杨林河古称玉龙河。位于嵩明县境南部，发源于官渡区老爷山，在县境内内南起天生桥，北至大海口，汇果马河，入牛栏江。全长19.4公里，径流面积95.3平方公里。原河道弯曲，河床狭窄，排水不畅，汛期常决堤成灾。清初至民国期间，先后硫通河道，效果不理想。1952年，挖深拓宽东、西玉龙河8公里河道，连接嘉丽泽。此后治理主河道10—9公里，河道底宽8米，深3米，过流量20立方米/秒。在河上建桥9座，河闸5道，排水涵洞41个，两边有东、西干渠（即东、西玉龙河）。沿岸万余亩田园可自流灌溉。

弥良河，位于嵩明县境中部。“弥良”一词系彝语，意为“山谷间的开阔地”。因河道贯穿此地，故名弥良河。北起梁王山南麓，南至嘉丽泽，汇入对龙河。全长26.5公里，区间吸纳龙谭水6处，径流面积187.1平方公里，系山溪性河流。原河道上游竟而陡，下游窄而缓，中游无固定河床，源头地区属暴雨中心。20世纪50~60年代，在上游兴建大冲河水库、弥良河水库及12件小型塘坝，共拦截径流面积50.2平方公里，占区间径流面积的26%，消减洪峰15.3%。1976年冬至次年春，杨桥公社、嘉丽泽农场联合治理河道共16.5公里，底宽7.7~15米，过水深2.2米，过流量26.2~48立方米/秒。2002年3月至2009年2月，先后投资1618.16万元，完成13.29公里节水改造工程（河道“三面光”衬砌），新建机械拦河闸（布能闸）1道，分水闸1道。河上建有各类桥梁24座，拦河闸5座，3米以内高的跌坎28道，输排水涵洞39 个。

对龙河，清代称云龙河。位于嵩明县境中南部，民国年间因河道流经对龙村，改称对龙河。主干西起白邑老坝，中段经官渡区，东至嘉丽泽，全长34公里径流面积262.9平方公里。河有二源，主源（北源）对龙河，发源于滇源镇老坝九里冲，出境后经官渡区的对龙村，入嵩明县境，进入嵩明坝子西南缘，在小海口交汇弥良河，属常溪性河流。20世纪50至60年代，在河西源花庄河兴建八家村、杨官庄两座水库，拦截径流面积120余平方公里。1993年12月至2000年10月，扩建加固八家村水库，新建八寥村桥、 纳寨桥、张家屯奈闸、矣仙坡桥，改建官渡桥、鸡鸣闸、老羊闸、小山头闸、官渡闸。在河上建桥11座，建闸3道，渡槽1道，输排水涵洞23个，可以灌溉沿岸6000余亩田园。

匡郎河，清代称宽郎河，民国年间因河经匡郎村，改称匡郎河。匡郎河位于嵩明县境东北部，药灵山北面。北起寻甸十里等，南至丁官屯，入牛栏江。全长24.3公里，径流面积58.1平方公里，系季节性河流。上游为中低山河谷，河床陡峻。下游河道弯曲且平缓，汛期洪水极易泛滥，淹没两岸农田。民国年间曾在中游修建分水闸，既为灌溉兼作分洪，将水分为五股，称“五条沟”。20世纪60年代新建小麦地、獭猫洞、阿革勺等水库，拦截径流面积43平方公里。消减47%。1975年冬至1976年春，治理下游河道6.213 公里，沿河建桥14座，河闸9道，输排水涵洞23个、2007年10月至2009年4月，分两期投资441.9万元，拓宽小街至丁官屯段2.715公里，新建分水闸6道。2011年，云南省水利厅、云南省发展和改革委员会投资532万元，对匡郎河獭猫洞水库出口后长3.6公里河道进行拓修衬砌，新建农用桥4座、节制闸1道、分水闸4道。

硝厂河，发源于会泽县金钟镇卡郎箐，于马路乡岔河口汇入牛栏江，全长98千米，流域面积1533平方千米，年产水量3亿立方米。

小江（西泽河），属金沙江水系，牛栏江支流，发源于宣威市西泽乡的小竹箐，全长63.3km，流域面积1235.2km2，河道平均坡降10.4‰，多年平均径流量3.209亿m3，流经西泽乡、热水乡，上段称西泽河，几条河在西泽河汇合后称小江。在卜戛岔河注入牛栏江，支流多为季节河，沿河泉水较多。主要支流的扯卓河，径流面积130.9km2，多年平均径流量为6922.5万m3，平均流量2-3m3/s。

哈喇河，发源于贵州省威宁县西凉山尾部的双龙洞，河流全长近30公里，河面宽度15米左右，流经布朵河后归入牛栏江，为牛栏江一级支流。哈喇河黄梨，个大汁浓，曾远销贵阳、四川、云南等地，上世纪七十年代曾被评为全国八大名梨之一。哈喇河回族制作的干梨丝，脆甜可口，是果脯中的珍品。

根据1966～1982年大沙店水文站实测水文资料统计（该站流域面积为10870平方公里，占流域面积82%），年降雨量约700mm~1500mm，年蒸发量约1200mm~1600mm，多年平均流量为121立方米/秒，实测最大流量为1890立方米/秒（1968年9月），实测最小流量24.2立方米/秒（1976年5月），调查历史洪水最大流量约3620立方米/秒（1886年）；多年平均含沙量为2.97千克/立方米，多年平均年输沙量1170万吨，推移质泥沙多年平均年输沙量约170万吨。牛栏江是一条泥沙较多的河流，泥沙主要来自中游黄犁树到象鼻岭区间河段。该段干支流岸坡及沟底坡度陡峻，植被差，滑坡、崩塌、冲沟发育，水土流失严重。牛栏江流域内水文气象站较多，径流主要由降水形成，洪水由暴雨形成，受人类类活动等因素影响，部分地区植被稀少，水土流失较严重。

地质流域内地层出露齐全，自远古代至第四纪均有分布。中下游河段以二迭经晚期喷发的峨嵋山玄武岩分布最广。展布在流域东部和中部的新华夏构造体系由一系列北东向的压扭性断裂和褶皱组成，是各梯级水电站的控制构造体系。各水电站工程区区域稳定性较好，基本地震烈度均属Ⅵ度。

流域内矿产有银、铅锌、铜、镁等，乐马厂的古朱提银矿是一特大型单银矿床。在上游区交通方便，有高速公路、县级公路和铁路等。中游区交通条件一般，各水电站工程区基本与公路相通。下游区则交通不便，公路较少且等级较底。

2005年流域总人口219.43万人，城镇化率10.4%。耕地面积537.03万亩，主要作物有水稻、玉米、小麦、豆类、薯类、烤烟、蔬菜、花卉以及油菜等。上游河道平缓，地形宽阔，分布有嵩明、寻甸、马龙、菱角等坝子，土地肥沃，人口密集，城镇化率高，交通便捷，煤、磷、硅藻土等矿产资源丰富，工业以化学、建材、冶金、食品加工为主，是域内主要耕作区和主要经济区；中下游河段河谷深切，山坡陡峻，自然条件恶劣，经济相对落后，以农业生产为主，黄梨树至三道拐河段可通行小木船。

上游嵩明县境内，牛栏江河道弯曲，河床狭窄，杨高桥至小河口段河床呈倒坡，阻塞流水，嘉丽泽成为沼泽，水患危害一方。清至民国年间，多次治理牛栏江。20世纪50年代，组织沿海各乡群众，在嘉丽泽周围加高好堤。相继在上游各河及支流兴建蓄水工程，建中型、小型骨干水库和坝塘245座，蓄水量达8000余万立方米，拦截径流面积498平方公里，可控制各河道洪峰40馋以上 。20世纪60年代后，对牛栏江的治理由蓄水为主改为以泄洪排涝为主，分三期对上游的果马河、普沙河下段及主河道嘉丽泽六乡桥至小新街望高楼等河段进行治理，先后持续 10年，共硫浚河道21.5公里。平均底竟25米，过水深2.5~3.5米，过流量130~170立方米/秒。在河上建桥9座，拦河闸3座，跨河渡槽8座，输排水涵洞37个。治理后的牛栏江是嵩明坝子的主要排灌河流。

上游水库，位于嵩明县境北部，距县城7公里，截牛栏江上游主干果马河而建。原名果马河水库，因水库兴建时正值“鼓足干劲，力争上游”的“大跃进”年代，便定名为“上游水库”。水库于1957年12月动工修建，1958年4月竣工。

大石头水库，位于县城西北4公里的大普沙村西侧，截流普沙河而建。水库于1955年10月动工兴建，因坝址处有巨石而得名。堤坝高31.5米，坝长162米，库容量1000万立方米，最大水面66万平方米，为嵩明修建的第一座中型水库。库区地处“丫型”峡谷，四周山势陡峭，植被丰茂，终年苍翠葱郁，碧波万顷。2002年3月，水库除险加固工程建设正式动工，2003年7月竣工，总投资1967.87万元。大石头水库承担着县城、嵩阳街道的部分村委会的人畜饮水和1.25万亩农田灌溉任务。

德泽水库枢纽，位于曲靖市沾益县境内的牛栏江干流上，距离昆明173千米，水库枢纽由大坝、溢洪道、导流泄洪隧洞、发电放空隧洞、坝后电站组成。德泽水库正常蓄水位为1790米，设计洪水位为1791.49米，总库容为4.48亿立方米，最大坝高142.4米，坝顶长386.9米，溢洪道为开敞式实用堰，最大泄量1148立方米/秒，坝后电站装机容量2000万瓦，多年平均发电量0.92亿度。

牛栏江水系水能资源丰富，水能理论蕴藏量183.5万千瓦，可能开发的装机容量约88.6万千瓦（其中云南省占75.4万千瓦）。特别是下游河段自西泽河口至金沙江汇口，为高山峡谷区，山坡陡，河谷深，落差较大，地形地质条件好，是较为理想的水电开发区域。2006年省政府批准了《牛栏江流域（云南省部分）水资源综合利用规划报告》，在牛栏江中下游河段规划了“两库十级”水电站开发方案。根据《长江流域综合利用规划要点报告》，牛栏江干流分8级开发，即黄犁树水电站、大岩洞水电站、象鼻岭水电站、小岩头水电站、洪石岩水电站、天花板水电站、陡滩口水电站和石板岩水电站，利用落差755米，总装机容量125.5万千瓦，保证出力47.68万千瓦，年发电量60.4亿千瓦时。黄犁树水库是第一个梯级，可进行年调节，对下游梯级电站的调节效益十分显著。象鼻岭枢纽地形、地质条件优越，淹没损失小，可控制全河泥沙的75.4%，对整个梯级开发防治泥沙作用重大。

黄角树水电站，位于金沙江右岸一级支流牛栏江下游，地处云南省昭通市境内。坝址位于云南省昭通市巧家县红山乡孔家河坝村上游0.5km处，距牛栏江河口17km，距金沙江干流溪落渡水电站35km。坝址控制流域面积13446km，占牛栏江流域面积13672km的98%。水库左岸为云南省昭通市巧家县，坝址距上游巧家县小河镇11km，小河镇距昭通市92km，水库右岸为云南省昭通市鲁甸县梭山乡，坝址距梭山乡有简易砂石路相通，梭山乡距昭通市75km。黄角树水电站建设的首要任务是发电。另外，工程建成后，可发展水上旅游和水产养殖业。

红石岩堰塞坝综合水利工程，世界首座堰塞坝综合水利枢纽工程。2014年8月3日，鲁甸6.5级地震导致鲁甸、巧家两县交界处发生山体垮塌，崩塌滑落的泥沙石块阻塞了牛栏江干流河道，形成了库容2.6亿立方米的堰塞湖，威胁下游沿江10个乡镇3万余居民生命财产安全。历经近6年的科学综合整治，2019年12月19日，牛栏江红石岩堰塞湖整治工程顺利下闸蓄水，2020年首台机组于顺利投产发电。该项目总库容1.85亿立方米，供水8.08万人，灌溉6.62万亩，装机20.1万千瓦，年发电量达8亿度。堰塞坝经历较长历时高水位考验，渗流、变形、坝坡稳定，工程运行安全。

牛栏江-滇池补水工程是一项水资源综合利用工程，是滇中调水的近期工程，是近、中期云南省水资源优化配置的重大工程之一，是滇池水污染综合治理必不可少的措施，是昆明市滇池流域水资源保障体系的重要组成部分。近期任务是向滇池补水，改善滇池水环境和水资源条件，配合滇池水污染防治的其它措施，达到规划水质目标，并具备为昆明市应急供水的能力；远期任务主要是向曲靖市供水，并与金沙江调水工程共同向滇池补水，同时作为昆明市的备用水源。

牛栏江—滇池补水工程主要由德泽水库水源枢纽工程、干河提水泵站工程及输水线路工程组成。在德泽大桥上游4.2km的牛栏江干流上修建坝高142m、总库容4.48亿立方米的德泽水库；在距大坝17.3km的库区建设装机9.2万千瓦、扬程233m的干河提水泵站；建设总长为115.85km的输水线路，由泵站提水送到输水线路渠首，输水线路落点在盘龙江松华坝水库下游2.2km处，利用盘龙江河道输水到滇池。设计引水流量为23立方米/秒，多年平均向滇池补水5.72亿立方米。按四年建成的总体要求，施工总工期为48个月。

按2010年四季度的价格水平计算，工程静态总投资为832894.44万元，建设期贷款利息为31580.16万元，工程总投资为868080.60万元。该项工程于2009年开工，2013年5月实现贯通。

古城闸，位于古城村西南，距村900米。截流牛栏江而建。始建于1966年3月。初为石墩木坊闸，长9.8米，宽34.2米，石砌墩子，设2.7米×2.7米的闸孔10道，用木闸枋代替闸门，人力拆启。由嵩明县水利局设计，

古城村1～6队投工建设。共支砌石料650立方米，浇灌混凝土30立方米，挖填土方9040立方米。用工7800个，国家投资1.333万元。石闸泄洪流量96立方米/秒。鉴于木枋石闸泄洪流量不足，启闭困难，汛期易阻水浸田等弊端，1987年改建为改建为6米×3.5米5孔钢筋混凝土框架式桥闸，沿岸湾地村、干海子村、左卫屯村、古城村等村可灌溉，受益农田2280亩。改建工程总投资40.25万元。其中，昆明市政府补助25万元，受益区自筹25万元。1993年，再投资4万元，将闸门启闭设施改为自动挂钩装置。

河湾闸位于县城东南5公里处，东邻河湾村。属果马河上的骨干排灌、交通两用工程。由县农水局设计。河闸两侧建有仿古建筑，飞檐金碧辉煌。雨季时间闸形成瀑布，气势磅礴，蔚为壮观。闸体全长48米，分6孔，总净宽18米，过闸流量150立方米/秒，拦蓄河水60万立方米，惠泽龙街、白鹤、倚伴、木作、福海、甸丰6个村委会，自流灌溉面积达6900亩，提水灌溉1500亩，排涝2500亩。大闸于1967年在治理果马河下段时新建，完成土石方0.5万立方米，混凝土30立方米，用工2万个，国家投资2.3万元。

2021年9月，牛栏江（河西新桥-古城桥）入选昆明市2021年度市级美丽河湖公告名单。